【论文】市政道路照明设计的探讨

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

摘 要:随着我国经济建设的发展,城市化进程的加速,城市道路照明得到了很大的发展。市政道路照明不仅要满足快车道照度要求,设计过程中还应考虑安全、适用、节能、经济、美观大方等问题。本文将重点对市政道路照明设计方案及设计理念进行分析,以便使设计更优化、更合理。

关键词:供电半径;布灯方式;低压系统接地型式;控制方式

作者:

中国市政工程西南设计研究总院有限公司 陈昌学

四川省建筑设计研究院 周荔

1 前言

本文针对在市政道路照明设计工程中的常见问题,对设计中需注意的相关问题点提出参考意见及探讨。

2 供电半径、线路保护管

路灯供电半径与线路末端电压是否满足路灯的启动要求有关,根据相关规范,路灯灯具末端电压应维持在额定电压的90%~105%,设计过程中需复核末端电压。由于道路照明为点荷载,计算压降应采用点荷载的计算方法进行计算,天正电气设计软件可计算点负荷的电压降。

根据设计经验,在采用三相间隔配电方案情况下,其电缆截面选择25mm2,供电半径约700m~800m比较经济,同时还应考虑以后发展,附近道路照明将从本路段路灯接电的可能性。

道路照明电缆可采用铠装电缆,直接埋地敷设,也可采用非铠装电缆,穿管敷设。对于管材的选择,需考虑如下问题:如采用单芯电缆,不得单根敷设在钢管内,防止产生涡流;照明管线直接接入路灯基础内时,不应采用不能弯曲的管材,如玻璃钢管材。

3 布灯方式

在确定布灯方式时,应根据《城市道路照明设计标准》CJJ 45-2006的规定,并进行照度计算确定,同时应考虑以下因素:路灯应避开人行斑马线、两个路口之间路灯间距应尽量均分、路口应加强照明等。

在设计过程中,会出现车行道宽度为30m以上,或者12m左右的情况,为了满足规范要求,设计过程中较难确定灯杆高度、路灯选型的情况。笔者认为,在设计工程中,满足规范的前提下,结合美观等因素,同时根据路灯相关参数进行计算,选择合理的灯杆高度及布灯方式。针对12m左右的情况,尽量采用单侧或交错布置,以免影响后期景观需求。

针对部分地区采用玉兰灯(灯杆约15m高)的情况,设计过程中很难满足规范要求(间距、功率密度值、均匀度等)。设计过程中,其间距应尽量设计较远(建议不低于50m),以免造成视觉污染;但为了满足均匀度的需求,可调整灯具仰角,玉兰灯下侧灯臂增设投光灯或以辅助的景观照明、广告照明、两侧建筑物商业照明作为道路照明的补充;功率密度值可以只计算车行道功能照明部分的数值(不含景观等其他部分灯具),人行道照度一般情况下能满足规范要求。

4 低压系统接地型式

市政道路照明低压系统的接地型式一般采用TN-S系统、TT系统,要求在任一地点的接地电阻不大于4Ω。

TN-S系统:整个系统的中性线与保护线分开,始端PE线与变压器中性线连接,PE线与每根灯杆接地螺栓可靠连接,并与重复接地装置相连接。当发生相线碰壳接地故障时,为了满足及时切断故障,可增大电缆截面(当电缆截面大于25mm2时,可满足)。对于TN-S接地系统存在的“故障电压可沿PE线传至其它路灯设备外壳上”问题,可采用每盏路灯做重复接地,限制其故障范围。

TT系统:TT接地形式是将电气设备的金属外壳直接接地,因而可以减少触电的危险性。采用它的优点是更安全,缺点是其故障电流小,不能用熔断器或断路器的瞬时过电流脱扣器兼做接地故障保护,而应使用30mA剩余电流保护器作接地故障保护。由于30mA漏电电流较小,容易误动作,特别是潮湿的地区,灯具数量较多时,很容易发生误动作。另外,TT系统很难在每盏灯杆处满足“任一地点的接地电阻不大于4Ω”。

根据以上分析,笔者认为设计时宜采用TN-S接地系统,电缆采用五芯电缆,并沿线敷设一根接地热镀锌扁钢,并与路灯基础,重复接地极(每盏灯均设置)相连接,以便确保线路的安全运行。

5 光源选择

市政道路照明光源一般选用高压钠灯、LED灯。高压钠灯光效高、显色指数Ra较低,价格实惠。LED光源具有体积小、控制灵活、亮度可调、光线集中、方向性强、寿命长、节能效果明显、启动快捷、耐振动等优点,但前期投资较高,且存在散热不好、光通衰减等方面的问题。

LED光源的发展需要一个合理的周期,根据目前市场情况,似乎存在一定误区,其中包括:为了追求高的光效,造成眩光严重,照明质量下降;使用寿命不断提高,如果按照每天运行10h,10年使用时间为36 500h,追求较高使用寿命意义不大;防护等级:根据规范要求,路灯灯具光源腔的防护等级不低于IP54,灯具电气腔的防护等级不低于IP43,故如果追求过高的防护等级,对光源散热功能具有一定的负面影响。对于LED光源的发展,笔者认为道路照明场所更需要合适的光效、使用寿命,适当的防护等级的LED照明产品。随着LED光源技术的发展与完善,未来LED灯将会广泛应用于市政道路照明领域。

针对不同光源,计算功率密度值(LPD)也不相同,对于高压钠灯,需将镇流器的功率包括在内;对于LED光源,不需设置镇流器,但其配套的电源也存在一定的能耗。

6 截光类型

灯具的配光类型分为截光型、半截光型、非截光型。其中,截光型灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°~65°之间;半截光型灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°~75°之间;非截光型灯具的最大光强方向不受限制。

截光型灯具:截光型配光较窄,严格限制了水平光线,几乎感觉不到眩光,因此适用于城市快速路、主干道。特别适用于道路纵坡坡度较大,或者环境光线较暗的场所。使用截光型灯具可提高道路亮度、均匀度,同时眩光很少。

半截光型灯具:适用于市政道路,周围存在建筑物,环境比较明亮的场所。

非截光型灯具:非截光型配光很宽(灯具横向),不限制最大光强方向。适用于较窄的道路,如要求明亮的繁华街道或城市支路等。

7 控制、节能方式

路灯照明采用手控、光控、时控等控制方式,可通过选择开关进行选择,时间的设置可采用经纬时钟控制器。随着时代的进步,室外照明控制已成为智慧城市的一部分,道路照明控制可实现“五遥”功能:遥控、遥测、遥信、遥调、遥视。

传统的节能控制方式采用下半夜时关闭一侧路灯,或者关闭两侧交错间隔路灯(关闭后两侧交错路灯运行)。这种传统控制方式需增加成倍的照明主电缆,而且下半夜照明均匀度很差,不满足照明功能性需求,目前已不推荐采用。

目前采用全夜灯照明控制方式,但半夜(12点以后)电网电压有所升高,为了节能,可通过采用变功率整流器,调整输出功率;或者全线降压方式运行(箱变处设置降压设备),降低运行电流。

8 路灯电缆分支接线方式

设计一般采用主电缆(5芯)在每盏路灯位置处,通过灯杆电器门内的接线端子接线,引至路灯的3芯导线由接线端子引出。电缆芯线的连接采用一线套一铜线耳压接,再用螺丝将两个铜线耳拧紧。该接线方式安全可靠,为设计推荐方案。

目前,电缆T接分支处采用电缆穿刺线夹方案也有不少工程案例,但其穿刺线芯可靠性及防水等级等存在一定的安全隐患,建议不采用该方案。

9 新型电缆

合金电缆产品日趋成熟,其机械性能:高延伸、强韧性、易弯曲、低反弹;其特点:重量轻、耐潮湿,适用于道路照明场所。针对市政道路电缆存在偷盗的情况,合金电缆残值较低,可降低电缆偷盗情况。但至路灯的电源线为铜芯线,接线端子也为铜材质,故需采用合金电缆连接金具。

针对市政道路项目情况,笔者认为,对于城区外的大型项目,可采用新型电缆,其优势在于:降低投资成本,防电缆偷盗,可培训专门管理维护人员掌握电缆接线、维护等技术。

10 立交桥照明方案

方案一:采用高杆灯照明方式,局部设置路灯;方案二:如立交桥较高,高杆灯不能满足要求,采用立交桥上设置路灯;方案三:采用新型护栏路灯,将护栏灯安装在立交桥上两侧防撞栏上,其高度约为0.8m~1.2m,有机的将功能照明、景观照明、景观需求相结合,保持了原有立交与环境的和谐统一。针对新建的立交项目(城市立交),建议采用方案三,有利于提高立交桥的景观效果。

11 路灯样式

路灯样式的选择应在满足道路照明功能的前提下应尽可能采用装饰性强的灯具,点缀城市、美化环境。力求简洁、大方,同时应结合该片区景观设计和规划方案,让路灯样式成为城市景观中一道风景线。

设计过程中可能遇到灯杆位置纵向全线存在高压线架空线,其高度与灯杆高度发生冲突,或者灯杆位置树种高度较高,影响了路灯的照明效果。针对这两种情况,笔者认为,可将路灯灯杆样式设计为弧线型灯杆,可以避免以上问题。

对于灯杆设计样式与实际效果的问题,特别是灯杆数量较多的项目,建议先实施几盏路灯,提前感受其实际效果,待修正照明灯杆样式后全面实施为宜。

12 结束语

本文只是笔者个人在设计过程中的经验总结,仁者见仁、智者见智,仅供广大同行参考。

参考文献

[1] 城市道路照明设计标准 CJJ 45-2006.

[2] 城市道路照明工程施工及验收规程 CJJ 89-2012.


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